Calculul cuantic, următoarea revoluție. Fizicianul american Michio Kaku: „Suntem acum în etapele inițiale ale următoarei revoluții, o revoluție care promite să redefinească nu doar calculul, ci și interacțiunea noastră cu chiar fibra realității”

În narațiunea amplă a progresului tehnologic, Dr. Michio Kaku, un vizionar în domeniul fizicii teoretice, anunță zorii unei noi ere – era calculului cuantic. În viziunile sale profunde, Dr. Kaku nu doar că trasează călătoria evoluției computaționale, dar și pictează un viitor în care calculul cuantic modifică fundamental existența și înțelegerea noastră asupra universului.

Calculatoarele cuantice vor schimba totul, economia, modul în care rezolvăm problemele, modul în care interacționăm cu Universul. Numiti orice domeniu, calculatoarele cuantice vor fi acolo. Sunt Dr. Michio Kaku, profesor de fizică teoretică la City University of New York, și autorul cărții „Supremacia cuantică”, despre ascensiunea calculatoarelor cuantice.

Saltul cuantic

„Suntem acum în etapele inițiale ale următoarei revoluții,” declară Dr. Kaku intr-un articol pe platofrma Big Think, poziționând calculul cuantic ca o schimbare seismică care depășește revoluția digitală. El introduce calculatoarele cuantice ca fiind „calculatorul suprem, un calculator care calculează pe atomi, constituenții ultimi ai materiei însăși.” Această afirmație îndrăzneață cuprinde esența calculului cuantic – o tehnologie care nu operează doar pe coduri binare, ci pe atomii care formează țesătura realității.

O cursă pentru supremație cuantică

Căutarea calculului cuantic este o cursă universală, cu „toată lumea” implicată, conform lui Dr. Kaku. Aceasta nu este doar o curs tehnologică; este o cursă în care „Silicon Valley ar putea deveni următoarea Rust Belt (n.r. Rust Belt sau Centura de rugină este o regiune din nord-estul și mijlocul vestului Statelor Unite care a cunoscut o declin industrial semnificativ în ultimele decenii)” dacă rămâne în urmă. Implicațiile se extind dincolo de simpla putere de calcul – atingând securitatea națională, deoarece aceste computere pot „sparge aproape orice cod bazat pe tehnologia digitală.”

Întrebarea este: Cine este implicat în această cursă pentru a perfecționa calculatoarele cuantice? Iar răspunsul este: toată lumea. Toți jucătorii mari sunt parte a acestei curse, deoarece dacă nu, Silicon Valley ar putea deveni următoarea Centură de Rugină. De asemenea, oricine este interesat de securitate este interesat de calculatoarele cuantice. Ele pot sparge aproape orice cod care se bazează pe tehnologia digitală. De aceea, FBI, CIA și toate guvernele naționale urmăresc acest lucru foarte atent.

Puterea transformatoare a calculatoarelor cuantice

Calculatoarele cuantice, așa cum notează Dr. Kaku, vor „schimba totul, economia, modul în care rezolvăm problemele, modul în care interacționăm cu Universul.” Viziunea sa transcende convenționalul, indicând un viitor în care calculul cuantic este integral în domenii diverse ca economia, rezolvarea problemelor și chiar înțelegerea noastră cosmică.

Evoluția calculului

Dr. Kaku urmărește evoluția calculului de la începuturile sale analogice primitive, marcate de primul calculator analog proiectat pentru a cartografia corpuri cerești, la venirea mașinii complexe a lui Charles Babbage. Apoi ne conduce spre era digitală, subliniată de contribuțiile lui Alan Turing, și în final, spre era cuantică, inițiată de vizionari precum Richard Feynman.

Calculator cuantic (imagine generată AI)

„In prezent, revoluția digitală se bazează pe tranzistoare. Funcționează pe zerouri și unu, zerouri și unu la viteza electricității. Fiecare calculator digital este o mașină Turing. Trebuie să trecem la calculatoare cuantice, calculatoare care funcționează pe atomi în loc de tranzistoare. Tranzistoarele sunt bazate pe zerouri și unu, zerouri și unu. Realitatea nu este așa. Realitatea este bazată pe electroni și particule, iar aceste particule, la rândul lor, acționează ca niste unde. Deci, trebuie să ai un nou set de matematici pentru a discuta despre undele care alcătuiesc o moleculă, și acolo apar in scena calculatoarele cuantice.”

Misterul Mecanicii Cuantice

Calculul cuantic nu este doar despre viteză sau putere; este despre un nou mod de calcul. Dr. Kaku explică acest lucru folosind analogia cu pisica lui Schrodinger – un paradox al mecanicii cuantice în care o pisică într-o cutie este simultan vie și moartă. Acest paradox se afla in inima calculului cuantic, unde electronii posedă o putere computațională imensă deoarece „pot fi în două locuri în același timp.”

Să luăm o cutie. În cutie, pui o pisică, iar întrebarea este: Este pisica moartă sau vie? Ei bine, până nu deschizi cutia, nu știi. Este vie și moartă simultan. Este într-o superpoziție de două stări. În alte cuvinte, universul s-a despărțit în două. Într-o jumătate, pisica este vie. În cealaltă univers, pisica este moartă. Această este baza teoriei cuantice, care spune că până nu faci o măsurătoare, pisica poate exista în ambele stări simultan, de fapt, în orice număr de stări simultan.

Pisica ar putea fi moartă, vie, jucând, sărind, lateral, bolnavă, orice număr de stări. Acum, de ce menționez asta? Pentru că asta rezumă puterea calculatoarelor cuantice. Calculatoarele cuantice calculează în universuri paralele. De aceea sunt atât de puternice. Deci, cât de mult este mai rapid un calculator cuantistic decât un calculator digital? În principiu, Când vorbim despre calculatoare digitale, putem măsura puterea lor în termeni de biți.

De exemplu, spin up, spin down (nr. Spin up și spin down sunt concepte din mecanica cuantică care descriu proprietățile de rotație intrinsecă ale particulelor elementare, cum ar fi electronii.), un zero și un unu ar constitui un bit. Pentru un calculator digital mare, vorbim acum despre miliarde de biți care sunt modelati de tranzistoare, cu excepția cazului în care acum, calculatoarele cuantice vorbesc nu numai despre sus sau jos, ci despre tot ce se află între aceste puncte – acesta este numit qubit. Un qubit reprezintă toate posibilitățile unui obiect care se rotește între sus și jos. Mii de qubiți pot fi modelati in prezent cu cea mai recentă generație de calculatoare cuantice. În cele din urmă, sperăm să atingem un milion. Și deci, vorbim despre depășirea puterii calculatoarelor digitale obișnuite. Acesta este punctul în care un calculator cuantistic poate depăși și performanței unui calculator digital la o anumită sarcină. Am trecut de asta cu câțiva ani în urmă, dar dorim o mașină care ar putea depăși puterea oricărui calculator digital. Nu suntem încă acolo, dar suntem foarte aproape de el.

Provocările și viitorul

Cu toate acestea, calea către calculul cuantic este presărată cu provocări, în special ‘incoerența’ – pierderea stărilor cuantice. Abordarea aceasta necesită reducerea temperaturilor aproape de zero absolut (-273.15°C), o realizare de inginerie și fizică. Dr. Kaku rămâne optimist, văzând aceste obstacole ca fiind minore în comparație cu potențialul deblocat de calculul cuantic.

„Cel mai mare obstacol cu care se confruntă calculatoarele cuantice este problema incoerenței. Totul se bazează pe particule ca electronii, iar electronii au unde asociate cu ei. Când aceste unde vibrează în armonie, se numește coerență, si atunci se pot face calcule de natură cuantică. Dar dacă ieșim din coerență, atunci totul vibrează la o frecvență diferită. Și cum se numește asta? Zgomot.

Trebuie să reducem temperatura aproape de zero absolut, astfel încât totul să vibreze încet în armonie – asta e greu. Natura rezolvă această problemă: este baza întregii vieți pe pământ. De exemplu, fotosinteza este un proces cuantistic mecanic. Mama Natură poate crea coerență la temperatura camerei. Uimitor. Mama Natură este încă mai deșteaptă decât noi când vine vorba de teoria cuantică.”

Calculul cuantic în medicină și alte domenii

Dr. Kaku își imaginează calculul cuantic transformând medicina prin modelarea bolilor la nivel molecular, potențial „răsturnând medicina cu susul în jos.” Speranța sa supremă este că calculul cuantic va dezlega misterele universului, răspunzând la întrebări care l-au eludat chiar și pe Einstein.

Medicina: Calcularea cuantică ar putea revoluționa descoperirea de medicamente și metodele de tratament prin înțelegerea bolilor la nivel molecular. De exemplu, calculatoarele cuantice ar putea simula reacții biochimice complexe și procese de pliare a proteinelor, care sunt în prezent de neînlocuit pentru computerele tradiționale. Această capacitate ar putea accelera dezvoltarea de noi medicamente și terapii, în special pentru boli precum cancerul sau Alzheimer, unde înțelegerea moleculară este crucială (Institutul Național al Sănătății).

Știință mediului: Aceste calculatoare ar putea oferi modele avansate pentru schimbările climatice, ajutând la strategii de mediu mai eficiente.

Sectorul energetic: Calculul cuantic ar putea accelera dezvoltarea de surse de energie durabile, cum ar fi îmbunătățirea designurilor reactorilor de fuziune.

Finanțare și economie: Abilitatea de a procesa cantități mari de date ar putea duce la modele economice mai avansate și strategii financiare.

Speranța mea personală pentru calculatoarele cuantice este că vom putea crea o teorie a întregului Univers, teoria care i-a scăpat lui Einstein, teoria care ar explica găurile negre, supernovele și evoluția galactică. Dar ecuațiile sunt atât de complexe încât nimeni, nimeni nu a reușit să le rezolve. Poate, vor fi rezolvate în memoria unui calculator cuantic.

În narațiunea lui Dr. Michio Kaku, calculul cuantic apare nu doar ca un progres tehnologic, ci ca o revoluție care redefinește granițele cunoașterii, calculului și realității în sine. Este o călătorie de la particulele fundamentale ale materiei până la vastitatea universului, o călătorie unde fiecare provocare duce la o oportunitate fără precedent, o odisee în viitorul umanității.